KR101792036B1

KR101792036B1 - 셀룰로오스 아세테이트 섬유 제조방법

Info

Publication number: KR101792036B1
Application number: KR1020160052995A
Authority: KR
Inventors: 김우진; 강병호; 황문섭; 윤재원
Original assignee: 주식회사 휴비스
Priority date: 2016-04-29
Filing date: 2016-04-29
Publication date: 2017-11-01

Abstract

본 발명은 수평균 분자량 50,000~70,000인 셀룰로오스 아세테이트(CA), 가소제를 혼합한 후, 산중화제, 금속비활성제, 산화방지제를 첨가하여 셀룰로오스 아세테이트 조성물을 제조하는 조성물제조단계; 상기 셀룰로오스 아세테이트 조성물 안의 이물질을 메쉬 필터를 통해 이물질을 제거하는 이물질제거단계; 이물질이 제거된 셀룰로오스 아세테이트 조성물을 방사공정을 통해 섬유화하는 섬유화단계; 및 제조된 셀룰로오스 아세테이트 섬유를 정련하여 가소제를 제거하는 정련단계를 포함하는 셀룰로오스 아세테이트 섬유 제조방법에 관한 것이다.

Description

셀룰로오스 아세테이트 섬유 제조방법{Manufacturing method of cellulose acetate fiber}

본 발명은 셀룰로오스 아세테이트 섬유 제조방법에 관한 것으로 고분자량의 셀룰로오스 아세테이트 조성물을 이용하여 셀룰로오스 아세테이트 섬유 제조하는 방법에 관한 것이다.

셀룰로오스 재료는 펄프에서 제조가 가능하기 때문에 별도의 경작지 및 용수가 필요하지 않은 지구상에서 가장 대량으로 생산되는 생분해가 가능한 자원순환형 바이오매스 재료이다. 셀룰로오스의 섬유로의 이용은 자연계 중에서 생산되는 면이나 마 등의 단섬유를 그대로 방적하여 사용하는 것이 예로부터 행해져 왔었다. 또한, 단섬유가 아닌 필라멘트재료를 얻기 위해서 셀룰로오스를 특수한 용매에 용해시켜 습식방사법을 행하거나, 셀룰로오스 아세테이트와 같이 셀룰로오스를 유도체화하고, 염화메틸렌이나 아세톤 등의 유기용매에 용해시킨 후, 이 용매를 증발시키면서 방사하는 건식 방사법이 행해져 왔다.

셀룰로오스 아세테이트섬유는 폴리에스테르 섬유나 폴리아미드 섬유 등의 합성섬유에는 없는 우아한 광택, 깊이가 있는 색조, 발색성, 드라이감 및 흡방습성 등 의료용 섬유로서 많은 특성을 갖는 섬유이다.

그러나, 이들 습식방사법 또는 건식방사법으로 얻어지는 섬유는 방사속도가 느리기 때문에 생산성이 낮다는 문제가 있을 뿐만 아니라, 섬유의 제조에 사용되는 이황화탄소, 아세톤, 염화메틸렌 등의 유기용매가 환경 및 인체에 악영향을 미칠 염려가 있었다. 따라서 셀룰로오스를 원료로 하는 환경친화형 섬유를 얻기 위해서는 유기용매를 사용하지 않는 용융 방사법에 의한 것이 필요하다. 용융방사가 가능한 열가소성 셀룰로오스 조성물 및 이것으로 이루어진 섬유로는 셀룰로오스 아세테이트에 폴리에틸렌글리콜과 같은 수용성 가소제를 대량으로 첨가한 셀룰로오스 조성물 및 그것으로 이루어진 섬유가 알려져 있다.

대한민국 공개특허 제2014-0128493호 및 제2014-0128494호는 용융 셀룰로오스 유도체 조성물 및 용융 셀룰로오스 유도체섬유에 관한 것으로 융용방사를 통해 섬유화가 가능한 용융 셀룰로오스 유도체 조성물에 대해 개시되어 있다.

그러나, 상기의 선행기술은 평균분자량이 약 40,000인 셀룰로오스 아세테이트를 사용하는 것으로 섬유의 물성이 높지 않아 섬유화과정에서 많은 문제점을 야기하고 있는 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로 고분자량의 셀룰로오스 아세테이트를 사용하여 물성이 우수한 셀룰로오스 아세테이트 섬유 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 고분자량의 셀룰로오스 아세테이트를 사용하여 섬유화 공정에서 고속 방사가 가능하여 생산성이 우수하고, 강도 등의 물성이 우수한 셀룰로오스 아세테이트 섬유 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 수평균 분자량 50,000~70,000인 셀룰로오스 아세테이트(CA), 가소제를 혼합한 후, 산중화제, 금속비활성제, 산화방지제를 첨가하여 셀룰로오스 아세테이트 조성물을 제조하는 조성물제조단계; 상기 셀룰로오스 아세테이트 조성물 안의 이물질을 메쉬 필터를 통해 이물질을 제거하는 이물질제거단계; 이물질이 제거된 셀룰로오스 아세테이트 조성물을 방사공정을 통해 섬유화하는 섬유화단계; 및 제조된 셀룰로오스 아세테이트 섬유를 정련하여 가소제를 제거하는 정련단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 셀룰로오스 아세테이트 섬유 제조방법을 제공한다.

또한, 상기 셀룰로오스 아세테이트는 수평균 분자량 60,000~70,000인 것을 특징으로 하는 셀룰로오스 아세테이트 섬유 제조방법을 제공한다.

또한, 상기 가소제는 폴리에틸렌글리콜 또는 디(프로필렌글리콜) 디벤조에이트(Di(propylene glycol) dibenzoate)이고, 셀룰로오스 아세테이트 100중량부에 가소제 25~30중량부가 포함하는 것을 특징으로 하는 셀룰로오스 아세테이트 섬유 제조방법을 제공한다.

또한, 상기 조성물제조단계는 70~100℃에서 셀룰로오스 아세테이트(CA), 가소제를 혼합하고 산중화제, 금속비활성제, 산화방지제를 투입하고 200~250℃까지 승온하여 셀룰로오스 아세테이트 조성물을 제조한 것을 특징으로 하는 셀룰로오스 아세테이트 섬유 제조방법을 제공한다.

또한, 상기 이물질제거단계는 300~1000 메쉬필터(mesh filter)를 이용하여 이물질을 제거하는 것을 특징으로 하는 셀룰로오스 아세테이트 섬유 제조방법을 제공한다.

또한, 상기 섬유화단계는 셀룰로오스 아세테이트 조성물을 235~260℃에서 용융방사하는 것을 특징으로 하는 셀룰로오스 아세테이트 섬유 제조방법을 제공한다.

또한, 상기 정련단계는 60~95℃의 온수에서 10~50분간 침지시키고 1~5분간 초음파 처리를 통해 가소제를 제거하는 것을 특징으로 하는 셀룰로오스 아세테이트 섬유 제조방법을 제공한다.

상기와 같은 본 발명에 따른 셀룰로오스 아세테이트 섬유 제조방법은 종래기술에서 사용되는 셀룰로오스 아세테이트보다 고분자량의 셀룰로오스 아세테이트를 사용하여 고속방사가 가능하여 생산성이 향상되는 효과가 있다.

또한, 물성이 우수하여 섬유공정성이 우수하며, 섬유로 제조시 셀룰로오스 아세테이트 섬유만의 특유한 광택감과 터치감을 유지하면서 강도, 신도 등의 물성이 향상되는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 셀룰로오스 아세테이트 섬유 제조방법은 조성물제조부터 섬유화까지 원스텝(One step) 공정으로 진행할 수 있는 제조방법으로 공정이 단순하고, 경제성이 높은 효과가 있다.

이하 본 발명의 바람직한 일실시예를 상세히 설명하기로 한다. 우선, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.

본 명세서에서 사용되는 정도의 용어 '약', '실질적으로' 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본 발명의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.

본 발명은 셀룰로오스 아세테이트 섬유 제조방법에 관한 것으로 조성물제조단계, 이물질제거단계, 섬유화단계, 정련단계를 포함하여 셀룰로오스 아세테이트 섬유를 제조한다.

상기 조성물제조단계는 수평균 분자량 50,000~70,000인 셀룰로오스 아세테이트(CA), 가소제를 혼합한 후, 산중화제, 금속비활성제, 산화방지제를 첨가하여 셀룰로오스 아세테이트 조성물을 제조하는 단계이다.

본 발명에서 사용되는 셀룰로오스 아세테이트는 수평균 분자량이 50,000~70,000인 것으로 일반적으로 종래 기술에서 사용되는 수평균 분자량 40,000인 셀룰로오스 아세테이트에 비해 강도 등의 물성이 더 우수하여 섬유화 공정시에 우수한 강도를 통해 방사속도를 빠르게 할 수 있으며, 방사공정성을 높일 수 있다.

상기 셀룰로오스 아세테이트의 수평균 분자량이 높아질수록 강도 등의 물성은 향상되나, 경직성이 높아져서 신도 등의 문제로 섬유화가 어려워지므로 수평균 분자량이 70,000이하인 셀룰로오스 아세테이트는 사용하는 것이 바람직할 것이다.

상기 셀룰로오스 아세테이트는 방사공정성을 더욱 향상시키기 위해 수평균 분자량 60,000~70,000인 것을 사용하는 것이 더욱 바람직할 것이다.

상기 셀룰로오스 아세테이트의 치환도 2.4~3.0인 셀룰로오스 디아세테이트 또는 셀룰로오스 트리아세테이트를 사용할 수 있을 것이다.

상기 가소제는 고체상태인 셀룰로오스 아세테이트를 수소결합을 방해하여 액체화시키는 작용을 하는 것으로 폴리에틸렌글리콜 또는 디(프로필렌글리콜) 디벤조에이트(Di(propylene glycol) dibenzoate)를 사용할 수 있다.

상기 가소제는 셀룰로오스 아세테이트 100 중량부에 25~30 중량부를 사용하는 것이 바람직한 것으로 25중량부 미만으로 사용시 셀룰로오스의 강한 수소결합으로 인해 방사공정성이 저하될 수 있으며, 30중량부를 초과하면 섬유의 물성 및 광택이 저하될 수 있다.

또한, 상기 산중화제 및 금속비활성제는 셀룰로오스 아세테이트와 가소제가 혼합시에 발생되는 금속 및 산성분이 셀룰로오스 아세테이트의 물성을 저해시키지 않도록 사용되는 것으로 상기 산중화제는 칼슘 스테아르산 또는 마그네슘 스테아르산을 사용할 수 있으며, 상기 금속비활성제는 1,2-비스(3,5-디테르부틸-4-하이드록시하이드로시나모닐)하이드라이진을 사용할 수 있을 것이다.

상기 산화방지제는 셀룰로오스 아세테이트와 가소제를 혼합 후에 승온으로 점차 올라가는 온도에서 셀룰로오스 아세테이트 조성물이 산화되는 것을 방지하는 작용을 하는 것으로 트리스(2,4-디테르부틸페닐)포스파이트 또는 비스(2,4-테르부틸페닐)팬태리트리톨 디포스파이트를 사용할 수 있을 것이다.

상기 산중화제, 금속비활성제, 산화방지제는 각각 셀룰로오스 아세테이트 100중량부에 각각 0.05~0.5중량부, 즉 0.05~0.5phr(parts per hundred resin)가 포함되는 것이 바람직할 것이다.

상기와 같이 조성물제조단계는 70~100℃에서 셀룰로오스 아세테이트(CA), 가소제를 혼합한 후에, 산중화제, 금속비활성제, 산화방지제를 투입하고 200~250℃까지 승온하여 셀룰로오스 아세테이트 조성물을 제조할 수 있을 것이다.

상기 이물질제거단계는 상기 셀룰로오스 아세테이트 조성물 안의 이물질을 메쉬 필터를 통해 이물질을 제거하는 단계로 원료물질에 포함되어 있거나 조성물제조단계에서 발생되는 이물질을 제거하는 단계로 섬유화단계가 원활히 진행될 수 있도록 하는 단계이다.

상기 이물질제거단계는 300~1000 메쉬필터(mesh filter)를 이용하여 셀룰로오스 아세테이트 조성물 안에 함유된 이물질을 제거할 수 있을 것이다.

상기 섬유화단계는 이물질이 제거된 셀룰로오스 아세테이트 조성물을 방사공정을 통해 섬유화하는 단계로 상기셀룰로오스 아세테이트 조성물을 235~260℃에서 일반적인 용융방사공정을 통해 셀룰로오스 아세테이트 섬유로 제조할 수 있을 것이다.

상기 정련단계는 제조된 셀룰로오스 아세테이트 섬유를 정련하여 가소제를 제거하는 단계로 방사된 셀룰로오스 아세테이트 섬유를 60~95℃의 온수에서 10~50분간 침지시키고 1~5분간 초음파 처리를 통해 가소제를 제거할 수 있을 것이다.

상기와 같은 본 발명에 따른 셀룰로오스 아세테이트 섬유 제조방법은 각각의 단계를 유기적으로 순행할 수 있는 설비를 통해 조성물제조부터 섬유화까지 원스텝(One step) 공정으로 진행할 수 있는 제조방법으로 공정을 단순화 및 자동화하여 생산성을 높일 수 있을 것이다.

이하 본 발명에 따른 셀룰로오스 아세테이트 섬유를 제조하기 위한 방법의 실시예를 나타내지만, 본 발명이 실시예로 한정되는 것은 아니다.

실시예 1 내지 9

치환도 2.4인 셀룰로오스 아세테이트와 가소제(폴리에틸렌글리콜)을 95℃에서 혼합한 후, 산중화제(칼슘 스테아르산), 금속비활성제(1,2-비스(3,5-디테르부틸-4-하이드록시하이드로시나모닐)하이드라이진), 산화방지제(비스(2,4-테르부틸페닐)팬태리트리톨 디포스파이트)를 투입하고 240℃까지 승온하여 본 발명에 따른 열가소성 셀룰로오스 아세테이트 조성물을 제조하였다.

상기에서 제조된 열가소성 셀룰로오스 아세테이트 조성물을 700 메쉬인 메쉬필터를 사용하여 이물질을 제거한 후, 융용방사공정을 통해 섬유화하였다.

상기 용융방사공정은 250℃에서 방사하였으며, 방사하여 제조된 섬유는 정련으로 80℃의 온수에 30분간 침지하고 3분간 초음파 처리로 가소제를 제거하여 본 발명에 따른 셀룰로오스 아세테이트 섬유를 제조하였다.

실시예에 따라 사용되는 셀룰로오스 아세테이트의 수평균 분자량을 달리하였으며, 가소제, 산중화제, 금속비활성제, 산화방지제의 함량을 달리하여 실시하였으며, 이를 표 1에 나타내었다.

비교예 1,2

상기 실시예와 동일하게 실시하였으나, 수평균 분자량이 40,000인 셀룰로오스 아세테이트를 사용하였으며, 가소제, 산중화제, 금속비활성제, 산화방지제의 함량을 달리하여 실시하였으며, 이를 표 1에 나타내었다.

◈ 실시예 및 비교예 평가

상기 실시예 1 내지 9 및 비교예 1,2에서 제조된 셀룰로오스 아세테이트 섬유에 대해 강신도, 방사작업성, 촉감 등을 평가하여 표 1에 나타내었다.

1) 강신도 측정

강신도 측정은 만능측정기(UTM)과 자동인장시험기(textechmo)를 사용하여 섬유에 일정한 힘을 주어 절단될 때까지 연신하여 측정하였으며, 절단될 때 걸린 하중을 데니어로 나눈 값을 강도, 늘어난 길이에 대해 처음 길이를 백분율로 나타낸 값을 신도로 정의하였다.

2) 방사작업성

방사시에 발생되는 사절 횟수에 따라 작업성을 평가하였다.

사절이 발생되는 횟수에 따라서 X,△,○-,○,◎

X:　방사 2시간 동안 사절 발생 회수 5회

△: 방사 4시간 동안 사절 발생 회수 5회

○-: 방사 6시간 동안 사절 발생 회수 5회

○: 방사 8시간 동안 사절 발생 회수 5회

◎: 방사 16시간 동안 사절 발생 회수 5회

3) 방사속도는 2500~4000m/min에서 방사하여 방사작업성이 가장 우수할 때의 방사속도를 측정하였다.

4) 촉감 평가

20명의 전문가에 의한 관능평가 결과를 기준으로 16명 이상이 우수하다고 판단할 경우(○), 10~15명이 우수하다고 판단할 경우(△), 10명 미만이 우수하다고 판단할 경우(X)로 평가하였다.

구분		실시예									비교예
구분		1	2	3	4	5	6	7	8	9	1	2
CA	수평균분자량(Mn)	50,000	50,000	50,000	60,000	60,000	60,000	70,000	70,000	70,000	40,000	40,000
첨가제	가소제(phr)	25	30	30	25	30	30	25	30	30	25	30
	산중화제 (phr)	0.1	0.1	0.2	0.1	0.1	0.2	0.1	0.1	0.2	0.1	0.1
	금속비활성제(phr)	0.1	0.1	0.2	0.1	0.1	0.2	0.1	0.1	0.2	0.1	0.1
	산화방지제 (phr)	0.1	0.1	0.2	0.1	0.1	0.2	0.1	0.1	0.2	0.1	0.1
정련 전	강도(g/d)	1.0	0.9	0.9	1.2	1.1	1.1	1.3	1.2	1.2	0.8	0.7
정련 전	신도(%)	24	24	25	26	25	26	25	24	25	27	28
정련후	강도(g/d)	1.8	1.7	1.7	1.9	1.8	1.8	2.0	1.9	1.9	1.5	1.3
정련후	신도(%)	22	22	23	24	23	24	23	22	23	25	26
방사속도(m/min)		3,000	3,000	3,000	3,250	3,250	3,250	3,500	3,500	3,500	2,500	2,500
방사작업성		○	○	○	◎	◎	◎	◎	◎	◎	△	○-
촉감		◎	◎	◎	◎	◎	◎	◎	◎	◎	◎	◎

표 1에서와 같이 본 발명에 따른 실시예 1 내지 9의 셀룰로오스 아세테이트 섬유는 비교예 1,2보다 더 빠른 방사속도에서 방사가 가능하여 생산성이 높은 것을 알 수 있으며, 방사작업성 역시 우수한 것을 알 수 있다.

또한, 실시예 1 내지 9의 셀룰로오스 아세테이트 섬유가 비교예 1,2의 셀룰로오스 아세테이트 섬유 보다 강도가 높은 것을 알 수 있다.

Claims

70~100℃에서 수평균 분자량 50,000~70,000인 셀룰로오스 아세테이트(CA), 가소제를 혼합하고 산중화제, 금속비활성제, 산화방지제를 투입하고 200~250℃까지 승온하여 셀룰로오스 아세테이트 조성물을 제조하는 조성물제조단계;
상기 셀룰로오스 아세테이트 조성물 안의 이물질을 메쉬 필터를 통해 이물질을 제거하는 이물질제거단계;
이물질이 제거된 셀룰로오스 아세테이트 조성물을 방사공정을 통해 섬유화하는 섬유화단계; 및
제조된 셀룰로오스 아세테이트 섬유를 정련하여 가소제를 제거하는 정련단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 셀룰로오스 아세테이트 섬유 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 셀룰로오스 아세테이트는 수평균 분자량 60,000~70,000인 것을 특징으로 하는 셀룰로오스 아세테이트 섬유 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 가소제는 폴리에틸렌글리콜 또는 디(프로필렌글리콜) 디벤조에이트(Di(propylene glycol) dibenzoate)이고, 셀룰로오스 아세테이트 100중량부에 가소제 25~30중량부가 포함하는 것을 특징으로 하는 셀룰로오스 아세테이트 섬유 제조방법.
삭제
제1항에 있어서,
상기 이물질제거단계는 300~1000 메쉬필터(mesh filter)를 이용하여 이물질을 제거하는 것을 특징으로 하는 셀룰로오스 아세테이트 섬유 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 섬유화단계는 셀룰로오스 아세테이트 조성물을 235~260℃에서 용융방사하는 것을 특징으로 하는 셀룰로오스 아세테이트 섬유 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 정련단계는 60~95℃의 온수에서 10~50분간 침지시키고 1~5분간 초음파 처리를 통해 가소제를 제거하는 것을 특징으로 하는 셀룰로오스 아세테이트 섬유 제조방법.